數(shù)字人

數(shù)字人是信息科學(xué)和生命科學(xué)融合的產(chǎn)物這是一個虛擬模擬人體 用信息科學(xué)的方法研究不同層次的形態(tài)和功能。它包括四個相互重疊的發(fā)展階段可見人物理人生理人和智能人最后建立多學(xué)科多層次的數(shù)字模型，從微觀到宏觀精確模擬人體。廣義的數(shù)字人是指數(shù)字技術(shù)在人體解剖學(xué)中的應(yīng)用、物理、隨著生理和智力在各個層面和階段的滲透，需要注意的是，數(shù)字人是處于發(fā)展階段的相關(guān)領(lǐng)域的總稱。

數(shù)字人

對數(shù)字人的研究由美國國家醫(yī)學(xué)圖書館的可視人項目于1989年發(fā)起，由科羅拉多大學(xué)于1994年發(fā)起-1995年，建立了兩個數(shù)字可視人體數(shù)據(jù)集。

2001美國科學(xué)家聯(lián)合會（FAS）人類基因組計劃（人類 基因組 項目， HGP），可視人計劃（可訪問 Human Project項目， VHP），虛擬人計劃（虛擬 VHP項目， VHP），人類腦計劃（人類 大腦 項目, 血壓）概括為數(shù)字城域網(wǎng)規(guī)劃（數(shù)字 人類 項目， DHP）

我國第一所軍醫(yī)大學(xué)（現(xiàn)南方醫(yī)科大學(xué)）和第三軍醫(yī)大學(xué)從2002年開始建設(shè)中國城域網(wǎng)、從第一批數(shù)據(jù)集開始，已經(jīng)完成了八套代表中華民族特色的數(shù)據(jù)集。

第208次“香山科學(xué)會議”確定未來中國數(shù)字人研究的主要重點“數(shù)字可視人”向“數(shù)字物理人”和“數(shù)字生理人”轉(zhuǎn)移。1]

研究q“數(shù)字人”人們期望它能代替真人完成許多真人能完成的任務(wù)t，比如宇宙中的失重區(qū)域、寒冷缺氧地區(qū)和不便長期居住的地區(qū)。并完成對真人有害的汽車碰撞保護實驗、防核實驗、防生化實驗、防生物武器實驗。

備受關(guān)注的“中國虛擬人類第一英雄”數(shù)據(jù)集日前在廣州南方醫(yī)科大學(xué)構(gòu)建成功。八月七日，中國“數(shù)字人”研究聯(lián)絡(luò)組組長鐘世鎮(zhèn)院士透露，“中國虛擬人類第一英雄”數(shù)據(jù)量和分辨率是全球虛擬人中最高的。據(jù)介紹，目前國內(nèi)共有十個全數(shù)字人體數(shù)據(jù)集，其中四個在南方醫(yī)科大學(xué)，標(biāo)本分別來自兩個男性、一個女人和一個嬰兒，其中育齡婦女的數(shù)據(jù)集和女嬰的數(shù)據(jù)集是世界上第一個數(shù)據(jù)集。

據(jù)悉，我國數(shù)字人體數(shù)據(jù)集的研發(fā)在應(yīng)用方向上處于領(lǐng)先地位。國內(nèi)已有近150家科研機構(gòu)合作開發(fā)研究數(shù)據(jù)集，領(lǐng)域涉及醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、航天、汽車工業(yè)和人體工程學(xué)等。數(shù)字人的產(chǎn)業(yè)化也被提上日程。南方醫(yī)科大學(xué)目前正在開發(fā)的實用軟件是“美容評估與虛擬手術(shù)設(shè)計”預(yù)計申請生產(chǎn)后整形美容手術(shù)的成功率會大大提高。

數(shù)字人的發(fā)展有四個階段：數(shù)字可視人”數(shù)字物理人”數(shù)字生理人”和“數(shù)字智能人”目前國際上對數(shù)字人的研究才剛剛開始“物理人”真正意義上的舞臺“數(shù)字人”還有很長的路要走。

鐘世鎮(zhèn)教授，男，中國工程院院士，1925年9月24日出生。1952年畢業(yè)于廣東省中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院，現(xiàn)任中國科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物力學(xué)重點實驗室主任中國廣東省的中國人民解放軍；南方醫(yī)科大學(xué)臨床解剖學(xué)研究所所長；中國解剖學(xué)會名譽主席，第六屆全國人大代表美國國會；全國優(yōu)秀教師；全國高校先進(jìn)科技工作者；全軍優(yōu)秀共產(chǎn)黨員；解放軍總后勤部“一代科技名師”

84歲的鐘世鎮(zhèn)院士以解剖學(xué)聞名、創(chuàng)傷救治、航天醫(yī)學(xué)、數(shù)字人研究等多個領(lǐng)域的重要成果被授予廣東省科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎。2003年初，中國首個女性數(shù)字人體數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)構(gòu)建成功，中國成為美國第二大、繼韓國之后，世界上第三個擁有自己的數(shù)字人數(shù)據(jù)庫的國家中國數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)的研究工作是由鐘世鎮(zhèn)院士發(fā)起的。他在中國數(shù)字人領(lǐng)域的地位毋庸置疑。但他卻一再對“數(shù)字人之父”波——的標(biāo)題—唐 不要那樣叫我！在他眼里，數(shù)字人的學(xué)習(xí)不再是當(dāng)下的重點，對于這一點，他不是失落，而是欣慰。他說，如果永遠(yuǎn)是最輝煌的，那就是停滯的。

為了盡快將數(shù)字人類技術(shù)應(yīng)用到實踐中，以下“數(shù)字人”之后溫州醫(yī)學(xué)院又開學(xué)了“中國近視人群數(shù)字眼庫”和“中國康復(fù)人群數(shù)字足庫”結(jié)合溫州醫(yī)學(xué)院眼科的優(yōu)勢和溫州制鞋業(yè)的優(yōu)勢，提升溫州視光設(shè)備和制鞋業(yè)的國際競爭力。

吳立軍介紹，“中國近視人群數(shù)字眼庫”根據(jù)近視人群眼球形狀的不同，將近視人群的眼球以磁共振圖像的形式進(jìn)行掃描，然后做成三維模型輸入數(shù)據(jù)庫，按照一定的規(guī)則進(jìn)行分類，為近視研究提供最基礎(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

中國康復(fù)人群數(shù)字足庫”主要是采集非常規(guī)的足部樣本，通過CT采集這些人的足部圖像和數(shù)據(jù)，用于運動醫(yī)學(xué)、足部保護與康復(fù)治療和鞋樣制造提供了最基本的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

數(shù)字醫(yī)學(xué)作為數(shù)字人體研究的新發(fā)展階段，將聚焦于數(shù)字化條件下的醫(yī)院和患者一方面，它將解決現(xiàn)代醫(yī)院如何提高自身管理和醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，用新的醫(yī)院信息系統(tǒng)建立數(shù)字化醫(yī)院；另一方面，逐步建立數(shù)字人體和數(shù)字醫(yī)療技術(shù)平臺，研究人類疾病、培養(yǎng)和教育醫(yī)學(xué)人才、開展計算機輔助醫(yī)療診療，建立適合小康中國的數(shù)字化醫(yī)療診療系統(tǒng)。

溫州醫(yī)學(xué)院是國內(nèi)最早開展數(shù)字化醫(yī)學(xué)研究的高校之一。2007年，學(xué)校成立了專門的科研機構(gòu)：數(shù)字醫(yī)學(xué)研究所撥款數(shù)百萬元用于實驗室基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并成立了“第二代中國虛擬人”重大科研專項。

8月7日，中國“數(shù)字人”研究聯(lián)絡(luò)組組長鐘世鎮(zhèn)院士在南方醫(yī)科大學(xué)舉辦的現(xiàn)代臨床解剖學(xué)進(jìn)展研討會上透露“中國數(shù)字人1號”數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)(原第一軍醫(yī)大學(xué))構(gòu)建完成，成為世界上數(shù)據(jù)量最大的、分辨率最高的“虛擬人”

雖然我國目前的“數(shù)字人”家族“人丁興旺”這方面的研究也是如火如荼，但是對于普通人來說，“數(shù)字人”這個概念就像霧里看花“中國數(shù)字人1號”在他誕生之際，中國這一領(lǐng)域的權(quán)威專家鐘世鎮(zhèn)院士，“數(shù)字人”各種問題一一解答。

所謂“數(shù)字人”其實就是在電腦里合成的詳細(xì)的三維人體結(jié)構(gòu)。數(shù)字人是如何誕生的？據(jù)介紹，南方醫(yī)科大學(xué)的科研人員從眾多自愿捐獻(xiàn)的尸體中挑選出健康的尸體作為切片標(biāo)本，并按照獲得標(biāo)本的先后順序進(jìn)行命名“中國數(shù)字人1號”中國數(shù)碼人2號”等。對于尸體標(biāo)本，科學(xué)家所做的是用精密的切割刀將尸體橫向切成薄片用高效數(shù)碼相機和掃描儀拍攝每一個切片，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，輸入計算機，最后由計算機合成三維人體生理結(jié)構(gòu)。2003年初，它被稱為“中國數(shù)碼人女No1”中國 美國首個女性數(shù)字人類數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)成功構(gòu)建，標(biāo)志著美國的成功、繼韓國之后，中國成為世界上第三個擁有自己的數(shù)字人數(shù)據(jù)庫的國家。

中國數(shù)字人1號”尸體標(biāo)本為28歲健康漢族男性，祖籍湖南，身高1.66米，體重58公斤，無任何傳染性疾病和代謝性疾病。該男子于2002年4月去世，自愿捐獻(xiàn)遺體用于科學(xué)研究。因為標(biāo)本質(zhì)量最好，課題組沒有急于開刀今年在技術(shù)相對成熟后開始切割工作。

數(shù)字人”切片越薄越好切片精度的厚薄取決于實際應(yīng)用的要求

剛完成數(shù)據(jù)集的“中國數(shù)字人1號”切割時間為27天。此數(shù)據(jù)集中使用的切片部分為0.2 mm，一共切了9215塊高效數(shù)碼相機的像素達(dá)到220，033，356，000，圖像分辨率為4040×5880，為0.2mm虛擬人體切割中分辨率最高的數(shù)據(jù)集。此外，按照每幀60兆的發(fā)布，這個數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)量超過540千兆，為全球之最。

中國數(shù)字人1號”2 mm的切割間距與目前國際上公布的各種數(shù)據(jù)相比優(yōu)勢明顯。但這是否意味著我們擁有的數(shù)字人類技術(shù)是世界第一呢？對此，鐘世鎮(zhèn)院士認(rèn)為，“數(shù)字人”切片越薄越好切片精度的厚薄取決于實際應(yīng)用的要求。

切片建模是數(shù)字人研究的基礎(chǔ)，但不是數(shù)字人的全部研究計劃。鐘世鎮(zhèn)解釋，“看來我們的切片距離比美國長、韓國雖小，但其實現(xiàn)在的切片技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到納米級別，而且能切的越細(xì)越好關(guān)鍵是我們有沒有必要這樣切標(biāo)本。

他說，切割精度應(yīng)該是按需切割，切割和數(shù)據(jù)集的建立要與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系，要充分考慮其實用功能。比如局部器官數(shù)據(jù)集，比如骨骼、內(nèi)臟等被提供給應(yīng)用單元，應(yīng)用單元“數(shù)字人”的切削精度為0.2 mm就夠了，沒必要追求更薄；但如果申請單位是做內(nèi)耳膜手術(shù)，就需要更精確的切割面距離。

另一方面，目前我們使用0.用2 mm的切片距離切割，數(shù)據(jù)量達(dá)到了540多GB，對于電腦存儲負(fù)擔(dān)來說已經(jīng)很大了如果更細(xì)，數(shù)據(jù)量會更大，很多研究單位 計算機可以 不要運行如此龐大的數(shù)據(jù)集。這些都是我們作為研究人員必須考慮的事情。鐘世鎮(zhèn)說。

人體切片數(shù)據(jù)集的構(gòu)建應(yīng)特別注重質(zhì)量而非數(shù)量，為應(yīng)用單元提供高質(zhì)量的框架

目前國內(nèi)共有10個全數(shù)字人體數(shù)據(jù)集，其中4個來自南方醫(yī)科大學(xué)，標(biāo)本分別來自兩個男性、一女一嬰，育齡婦女?dāng)?shù)據(jù)集和女嬰數(shù)據(jù)集是世界上第一個數(shù)據(jù)集。這10個數(shù)字人體數(shù)據(jù)集分別有年齡、地區(qū)、性別特征。由于每個完整數(shù)字人的樣本收集、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)投資非常大“是否有必要重新構(gòu)建整個數(shù)字人類數(shù)據(jù)集會不會只是重復(fù)勞動”是許多人心中的疑問的思想。

鐘世鎮(zhèn)分析說，數(shù)字人的數(shù)據(jù)集具有民族性、分區(qū)域來看，在國內(nèi)成功構(gòu)建的中國人整體數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集基本可以滿足國內(nèi)的需求、日本、韓國和其他類似的國家需要數(shù)字人類數(shù)據(jù)集。但是整個數(shù)字人的數(shù)據(jù)集夠不夠，還要看實際應(yīng)用。他說，“人體切片數(shù)據(jù)集的構(gòu)建應(yīng)特別注重質(zhì)量而非數(shù)量，為應(yīng)用單元提供高質(zhì)量的框架。但隨著社會分工的細(xì)化，大部分應(yīng)用單位更側(cè)重于局部地區(qū)，所以我們作為數(shù)據(jù)提供者，應(yīng)該有針對性地推動社會發(fā)展。

因此，鐘世鎮(zhèn)認(rèn)為，在未來，不僅需要具有不同特征的整個人體的數(shù)據(jù)集，還需要具有可以由各種醫(yī)學(xué)專科開發(fā)和應(yīng)用的有針對性的局部數(shù)據(jù)集；我們不僅要有大體解剖學(xué)的數(shù)據(jù)集，還要與時俱進(jìn)地構(gòu)建組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)的數(shù)據(jù)集。據(jù)悉，南方醫(yī)科大學(xué)已完成13個數(shù)字人本地數(shù)據(jù)集，這將是未來數(shù)字人研究的主要發(fā)展方向。

我們的人體血管鑄型技術(shù)更好，和計算機結(jié)合起來可能在數(shù)字人的研究中獲得更大的優(yōu)勢

2000年，美國科學(xué)家已經(jīng)建立了全身皮膚、肌肉、骨骼和心臟等一些器官的三維模型；韓國也在中國之前完成了第一次具有東方民族特色的人體數(shù)據(jù)采集。我國“數(shù)字人”的優(yōu)勢又在哪里？

對此，鐘世鎮(zhèn)很現(xiàn)實地告訴記者，數(shù)字人的研究技術(shù)往往大致相同，不同標(biāo)本之間的數(shù)據(jù)集往往各有特點比如這個片距更小，那個解析精度更高，根據(jù)不同應(yīng)用各有優(yōu)勢。It 很難說誰的水平更高、誰的數(shù)據(jù)集更好。

但是有一段時間，美國、韓國數(shù)據(jù)集可以 我分不清動脈和靜脈，我們的第一個女性數(shù)字人應(yīng)用了血管鑄造技術(shù)，使中國的數(shù)字人出現(xiàn)了‘有血有肉’鐘世鎮(zhèn)說，“我們的人體血管鑄型技術(shù)更好，和計算機結(jié)合起來可能在數(shù)字人的研究中獲得更大的優(yōu)勢。

至于分離血管的意義，鐘世鎮(zhèn)說，如果在數(shù)字人身上進(jìn)行模擬手術(shù)，醫(yī)生可以清楚地分離它們、靜脈血管，知道哪些大血管可以 t被破壞，對手術(shù)有重要的指導(dǎo)意義。

許多人不知道我不明白在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界“炒”得沸沸揚揚的“數(shù)字人”是否有助于人類的生存和發(fā)展尚不清楚“數(shù)字人”離我們有多遠(yuǎn)。

阿倫 不是有很多美容訴訟嗎？有了‘?dāng)?shù)字人’電腦上的虛擬成像會產(chǎn)生預(yù)期的效果，人們在進(jìn)行整容手術(shù)時會更有信心，更少的訴訟。鐘世鎮(zhèn)解釋道， “數(shù)字人的生物數(shù)據(jù)與人類完全相同，因此數(shù)字人被用于醫(yī)學(xué)、航天、航空、影視制作甚至軍事等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用價值。他舉例說，比如人類在制造汽車的時候，可以先對數(shù)字人進(jìn)行汽車碰撞實驗，把各種影響數(shù)據(jù)輸入電腦，找出什么樣的汽車才能最大程度地保護人體，然后再投入生產(chǎn)。相信有了數(shù)字人技術(shù)，汽車制造可以從出廠前的80次真實碰撞減少到3次。

據(jù)介紹，數(shù)字人的發(fā)展有四個階段：數(shù)字可視人”數(shù)字物理人”數(shù)字生理人”和“數(shù)字智能人”目前國際上對數(shù)字人的研究才剛剛開始“數(shù)字物理人”真正意義上的舞臺“數(shù)字人”還有很長的路要走。